תכנון מטענים עבור מטוסים היברידיים חשמליים וחשמליים

תפקיד ה-Eding של ה-Epennage ב- Electric and Hybrid Aircraft

הזינוק, או ההרכבה הזנב, הוא מרכיב קריטי של כל מטוס קבוע, האחראי על יציבות ותיקה וכיוון, כמו גם מגרש ו- yaw שליטה. כמו תעשיית התעופה מעברים לעבר מערכות הנעה חשמלית היברידית-חשמלית, התפקיד המסורתי של הזינוק הוא reexamined מערכות חשמל.

פונקציות הליבה של ה- Empennage

לפני בחינה של שיקולים ספציפיים חשמליים, חיוני להבין את התפקידים האירודינמיים היסודיים שהצטברות הזנב ממלאת.הרכבה מספקת יציבות על החרדות המאוחרות (pitch) והארכי (yaw) והבתים את משטח הבקרה המאפשרים לטייס או מערכת בקרת הטיסה לתמרן את המטוס.

שליטה ויציבות

הייצוב האופקי מייצר כוח אווירודינמי למטה (או לפעמים למעלה) כדי למנוע את הרגע החניכה של האף למטה המיוצר על ידי המעלית של הכנפיים.זה מבטיח כי המטוס חוזר לזווית הניתוק של התקפה לאחר הפרעה. המעלית, על פני השטח של אבן חולף על פני השטח האופקי, מספק שליטה על תצורה של המגרש, משטח האופקי במקום מספק את המעלית, וקוד נוסף של שדה חשמלי, אבל יכול להיות דחף קדימה, אבל הוא הופך להיות מקודד על פני השטח דומה, אבל הוא יכול להיות מקודמת, אבל הוא עדיין מקודד על פני השטח של שדה חשמלי, אבל הוא עדיין מייצב, אבל הוא מייצב, אבל הוא הופך להיות מייצב של שדה חשמלי.

יציבות ובקרה

הייצוב האנכי מספק יציבות מזג האוויר, שמירה על האף תואמים עם הרוח היחסית.ה ⁇ ⁇ ייצוב אנכי שולט שרביט ומשמש עבור סיבובים מתואמת, נחיתה חוצה ותרחישים תרחישים.במטוסים חשמליים עם מנועים רכובים על הכנפיים, דחף סימטרי מכישלון מנוע לכפות רגע יומם.

בקרת אינטגרציה

מטענים מודרניים כוללים לעתים קרובות כרטיסיות טרימ, כרטיסיות סרבו, או אפילו פעולה מלאה של זבוב-על-ידי-חוט. במטוסים חשמליים, את המשקל והעוצמה של ממריצים הם קריטיים.חשמל בקרת טיסה פועל (EMA או EHA) הופכים נפוצים, מחליפים מערכות הידראוליות כבדות יותר.

אתגרים עיצוב ייחודיים לחשמליות היברידיות וחשמליות

מטוסים חשמליים היברידיים מציגים מספר גורמים המשפיעים ישירות על עיצוב הזינוק.אלה כוללים מרכז של מעטפות כבידה, מומנט גבוה מדחפורים גדולים, מערכות חשמל גבוהות, ואת הצורך למקסם את יעילות האירודינמיקה לפצות על צפיפות אנרגיה נמוכה יותר של סוללות.

ניהול המרכז-של-הגריה (CG)

ערכות סוללות כבדות - באופן חד משמעי סביב 200-250 Wh / ק"ג ברמת החבילה, בהשוואה ל-12,000 Wh / ק"ג עבור דלק סילון. בתצורה היברידית, מנוע הבעירה הפנימית ו גנרטור להוסיף משקל.מיקום סוללות הוא לעתים קרובות מוגבל על ידי מבנה מסגרת האוויר ושיקולים בטיחות (כיסוי אש) כולל הבטן, שורש, או אפילו את הפחתת רמת הפחתת לחץ הדם עצמה.

Torque ו- P-Factor Effects

מנועים חשמליים יכולים לייצר מומנט מלא מיידי, ומטוסים חשמליים רבים משתמשים במגרעות גדולות, מעכבי אטה ליעילות.דחפורים אלה מייצרים מומנט משמעותי ומעלית אסימטרית (P-factor) בזווית גבוהה של התקפה.הרגעים המתגלגלים וההיטים המתקבלים חייבים להיות מכווצים על ידי הזנב האנכי והאופקי.במקרים מסוימים, מנועים שונים יכולים לשמש לשליטה על ידי מנועית (עדיין לא מספיקה), אך לא ניתן לצמצום הסמכות המועילה על ידי החיובית, אך ורק על ידי המספיקה, אך ורק על ידי הפחתת יכולת שליטה שונה, אך ורק על ידי הפחתת יכולת שליטה על ידי החיוב, אך ורק על ידי הפחתת יכולת שליטה על ידי הפחתת יכולת שליטה על ידי הזכאורית, אך ורק על ידי הזזבת, אך ורק על ידי הזנבים, אך ורק על ידי הפחתת יכולת שליטה שונה.

מערכות יחסים ואלקטרוניקה

אגרות אדמה עשויות להיות רכיבי בית כגון מנועים מהו זנב, מופנים, או ערכות סוללות. פסגות מתחננים מצופה מצופה מצופה מצופה דרך הזנב יכול ליצור הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) עם אותות בקרת טיסה.מגן וקרקע הופך קריטי.בנוסף, ניהול תרמי של רכיבים אלה עשוי לדרוש שכפול קירור או חילופי חום, אשר יכול לשבש את הצורה נקייה של פני הזנב ותהליך משולב (Rication) סימולציה תרמית חייב להיות משולב.

דרישות יעילות אווירודינמיקה

מטוסים המופעלים על ידי סוללה סובלים מעונש טווח בהשוואה למקבילות מתודלקות מאובנים.כל ספירת גרגרית משנה.המגבלה תורמת כ-10-15% מסך המטוס הכולל של גרורות בשיוטים.מעצבים חייבים למזער שטח רטוב, לייעל צורות אוויריות, ולשקול שליטה על זרימת לליטר.השימוש בזרימת אוויר טבעית (NLF) על ייצובים, לפעמים עם שבץ פעיל, יכול להפחית את החיכוך, עם לחץ העור רגיש, אך הוא אתגר תחזוקה.

עיצוב אווירינמי ו Sizing של ה- Empennage

הנפיחות של זנבות אופקיים ו אנכיים נשלטת על ידי קידוד נפח זנב קלאסי, אשר מתייחס אזור זנב וזרוע רגע למאפיינים האירודינמיקה של הזרוע. עבור מטוסים חשמליים, אלה coefficients חייב להיות מעודכן כדי להסביר עבור נגזרות הרגע שינוי ואפקטי חשמל.

Horizontal Tail Volume Coefficient

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

המונחים: Vertical Tail Volume Coefficient

(ב) ויקרא י"א): "וַיְהִיאוּלְהִיתִיתִיא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא

בחירת Tail Airfoil

אווירי סיממטרי (למשל, NACA 0012, 0015) נפוצים עבור משטחי זנב כי הם מספקים אפס מעלית בזווית אפס של התקפה.עם זאת, עבור מטוסים חשמליים המתמקדים ביעילות גבוהה של הפלגה, זנבות סומבים המייצרים הורדה קטנה בשיוט כדי להתחיל את האף-heavy CG עשוי להיות מועיל.

חדשנות חדשנית וחומרית

הזינוק חייב לעמוד בעומסים אווירודינמיקה, עומסים דינמיים מגורים ותמרונים, ועומסי טיפול קרקעיים פוטנציאליים (התקפות קצרות). בניית משקל אור היא חובה עבור מטוסים חשמליים כדי למקסם את המשכורות והטווח.

Composites and Additive Manufacturing

פחמן-פייבר-reinforced פולימרים (CFRP) שולט בדמי מטוסים מודרניים. עבור מטוסים חשמליים, היכולת להתחבר או לחבר מבני-שותף עם מסלולים חשמליים משולבים (למשל, עבור de-icing, אנטנה) היא יתרון.ד ייצור חזק (ד) של טיטניום או מטבוליטים ומאפשרת מתודולוגיה העליון-אופטימית כי ניתן להשיג רכיבים נרחבים יותר מ -50 אחוזים של חומר צמחי מרפאה.

מעקב אחר בריאות

חיי סיבים אופטיים או כתמים אדזואלקטריים יכולים לפקח על זנים ונזק בזמן אמת.עבור מטוסים חשמליים עם שימוש גבוה (למשל, ניידות אווירית עירונית), לחזות חיי עייפות חשוב.מבנה הזנב יכול להיות מתוכנן עם פגיעה סובלנות בראש, באמצעות מספר רב של מסלולי עומס ופאנלים גישה.

ברק ובטיחות חשמלית

מטוסים חשמליים חייבים לציית לדרישות הגנת ברקים.המגנזה היא נקודת שביתה סבירה.לעמוד במבנים מורכבים, רצועות מסיטה ברקים ורצועות האג"ח משמשים כדי לבצע זרמים בבטחה.בנוסף, סוללות גבוהות וכבלים בזנב חייבים להיות מבודדים ממסגרת האוויר כדי למנוע כישוף.

חידושים חדשניים

מרחב העיצוב לזנבי מטוסים חשמליים מתרחב מעבר לפריסות קונבנציונליות.צורות חדשות רבות נחקרות כדי לשפר את היעילות, להפחית את הרעש או לשלב רכיבים הנעה חשמלית.

V-Tails ו-Rddervators

V-tail משלב את הפונקציות של ייצוב אנכי ואופק לתוך שני משטחים משומרים, עם ruddervators לספק הן המגרש והן את השליטה על שרביט, זה מקטין שטח רטוב ומשקל, והוא יכול למקם את המנועים ה propulsive הרחק מן האגף מתעורר.FLT:0Pipist Velis ElectroisFillo 1LT:1 משתמש V- אשר גם פשטות וספירת כמה חלקים פוטנציאל הוא ירידה.

T-Tails ו- Empennage-הרף Batteries

T-tail מציב את הייצוב האופקי בחלק העליון של ה-fin האנכי.תצורה זו מעבירה את פני השטח האופקיים מחוץ לשטיפת מטה מן הכנף ומדחף, שיפור תגובת המגרש.זה גם מאפשר את הפתיחת הפטפט לשימוש לאחסון סוללות. כמה מושגים של מטוס חשמלי משתמש T-tails כדי לשמור את הזנב נקי מריסוס.

Canard and Three-Surface Designs

לתצורה של Canard יש משטח אופקי קדימה ומשטח אחורי (קטן יותר) במטוסים חשמליים, קארדים יכולים לאפשר לכנפיים הראשיות להיות יחסי היבט גבוהים יותר וגרור מופחת.המשטח האחורי פועל כייצב ולעתים כמשטח שליטה.TheFLT:0 (0) Electra AeroFLT:1 , eSTOL משתמש במערכת מעלית של תשעה-מעבורת עם דוכן וניתן להוסיף עיצובים קונבנציונליים (אך ניתן להוסיף עיצובים) אבל ניתן להוסיף עיצובים).

כנפיים מעופפות ועיצובים חסרי מרפא

כמה מטוסים חשמליים לחסל את הזינוק לחלוטין, באמצעות אלבונים ומכשולים של דחפוף לשליטה.נאס"א X-57 מקסוול (מופץ הנטומנטציה) ועיצובים של מזל"טים שונים לעקוב אחר הגישה הזאת. תצורה של טטלאום יש את הגרור הנמוך ביותר אבל דורשים מערכות התרחבות מתוחכמת (SAS) כדי לשמור על שליטה.הם רגישים לשינויים CG, שהם אתגר עבור סוללות מופעלות סוללות שבו ייתכן שינוי מצב סוללה.

Active Flow Control on Tail Surfaces

החוקרים מנסים עם טייסים סינתטיים סילון, מפוצץ, ומקרינים על פני השטח של זנב כדי לשפר את המעלית ועיכוב הפרדה במהירויות נמוכות. עבור מטוסים חשמליים עם חשמל זמין, מערכות אלה יכולות להפחית את גודל הזנב הנדרש וגרור. דוגמה בולטת היא האיחוד האירופי (ה-FLT:0AFFECT ProjectFLT:1 אשר הראה שליטה פעילה על זנב אנכי כדי להפחית את גודלו של טכנולוגיה כזו יכול להיות מיושם כדי לשפר את יעילות המטוס החשמלי.

מערכות אינטגרציה והסמכת

תכנון הזינוק של מטוס חשמלי או היברידי אינו רק משימה אווירודינמית או מבנית; הוא כרוך בשילוב הדוק עם מערכות בקרת חשמל, תרמי וטיסות.

Fly-by-Wire ו-Stability Augmentation

מטוסים חשמליים רבים מתוכננים עם מערכות בקרה מלאות של זבוב-על-ידי-חוט (FBW), כולל משטחים של התעלות הגירסת (RSS) כדי להפחית את גודל הזנב וגרור.מחשבי בקרת הטיסה מאמתים את פני השטח אלפי פעמים לשנייה כדי לשמור על יציבות.עבור הסמכה, ערוצי מחוסנים מרובים ותוכנה מופרעת (למשל, באמצעות שני מיקרו-בקרים שונים) נדרשים אפילו במקרה של כישלון ראשוני.

ניהול טטיל-הרף של עבריינים

אם מופנמים או מנועים שוכנו במגבלה, חום פסולת חייב להיות נדחו.זה עשוי לדרוש כיור חום בעל פני השטח, ram Air inlets, או לולאות קירור נוזליות הנצמדות דרך המבנה.אפקט האירודינמי של תכונות אלה חייב להיות מצמצם.לדוגמה, ascoop על בסיס אנכי קירור אוויר יכול להוסיף לחץ לעתים קרובות לבצע סימולציה אופטימלית כדי למצוא סימולציה אופטימלית.

אישור Noise

מטוסים חשמליים הם בדרך כלל שקטים יותר, אבל הזינוק עדיין יכול לתרום לרעש, במיוחד בתצורה כאשר הטייסים לפרוס בלמים צוללים או מפוסקים.בנוסף, אינטראקציה של דחף מתעורר עם פני הזנב יכול לייצר רעש טונאלי. רמות רעש נמוך יותר הם יתרון לפעילות ליד אזורים מאוכלסים, ולכן מעצבים שואפים למזער רעש מוזהה באמצעות שטף וזרימה.

מסקנה

(העיצוב של מטענים חשמליים היברידיים הוא אתגר רב תחומי, אשר בונה על אווירודינמיקה קלאסית תוך שילוב של טכנולוגיות חדשות ומגבלות.השינוי במרכז הכבידה בשל מיקום סוללות, מומנט גבוה ו- P-factor ממנועי חשמל חשמליים, והדחף הבלתי פוסק של יעילות אווירית של נאס"א, כולל פתרונות חדשניים כגון שליטה פעילה, FBW מוגברת, ותצורה חלופית כגון: V-FRPs) לפתח חומרים מתקדמים יותר כמו מוצרי לייזרים ו-FR.